DE602005006281T2 - HEAT EXCHANGER WITH SPOUT SPOOL / N AND SPIRAL / N LAMELLE / N - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher für das Erhitzen oder Kühlen einer sekundären Flüssigkeit ab einem primären Medium, das in mindestens einer röhrenförmigen spiralförmigen Serpentine zirkuliert, die in mindestens einer Austauschvertiefung angeordnet ist, in der die sekundäre Flüssigkeit zirkuliert.The The invention relates to a heat exchanger for heating or cooling a secondary one liquid from a primary Medium circulating in at least one tubular spiral serpentine, which is arranged in at least one exchange recess in which the secondary Liquid circulates.
Ein
solcher Wärmetauscher
kann zum Beispiel als Kondensator einer Wärmepumpe zum Erhitzen des Wassers
eines Schwimmbads benutzt werden. Im
Ein solcher Tauscher stellt zufrieden, es ist aber wünschenswert, seine Wärmeleistung zu verbessern und gleichzeitig seine allgemeinen Abmessungen zu verringern, also seine Kosten und seinen Platzbedarf.One such exchanger is satisfactory, but it is desirable, its heat output while improving its overall dimensions too reduce its costs and space requirements.
Die Erfindung zielt also allgemein darauf ab, einen Wärmetauscher mit Serpentine(n) vorzuschlagen, dessen Wärmeleistung – insbesondere die wiedergegebene Heizleistung – den früheren Tauschern gegenüber verbessert ist, und dies bei gleichen oder reduzierten allgemeinen Abmessungen.The The invention thus generally aims to provide a heat exchanger with Serpentine (s) to propose its heat output - in particular the reproduced heating capacity - compared to previous exchangers improved is, and with the same or reduced general dimensions.
Die Erfindung zielt insbesondere darauf ab, dieses Ziel auf einfache und wirtschaftliche Weise zu erreichen und ohne den anderen Eigenschaften des Tauschers zu schaden (Lebensdauer, Einfachheit des Einbaus, ...).The The invention aims in particular at simplifying this goal and economical way to achieve and without the other characteristics damage to the exchanger (lifetime, ease of installation, ...).
Hierfür betrifft die Erfindung einen Wärmetauscher mit folgenden Elementen:
- – Ein äußeres Gehäuse mit einer inneren Wand, die mindestens eine innere Kammer begrenzt, die mindestens einen Kern aufweist, die eine Wand aufweist, die in der Kammer mit der inneren Wand des Gehäuses gegenüber mindestens eine Austauschvertiefung begrenzt;
- – In jeder Austauschvertiefung mindestens eine röhrenförmige hohle spiralförmige Serpentine, die Enden aufweist, die das Gehäuse durchqueren, damit sie mit einem primären Medium versorgt werden können, das in dieser Serpentine zirkuliert;
- – Mindestens einen Eingang an einem axialen Ende der Austauschvertiefung und mindestens einen Ausgang an einem anderen axialen Ende entgegengesetzt zur Austauschvertiefung, so daß eine Zirkulation einer sekundären Flüssigkeit in einer axialen Zirkulationsrichtung in der Austauschvertiefung zwischen diesem Eingang und diesem Ausgang hergestellt werden kann, und zwar mit Kontakt und außerhalb jeder Serpentine, die sie erhält;
- – Abstandshalterelemente jeder Serpentine und der inneren Wand des Gehäuses und/oder der Wand des Kerns gegenüber, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalterelemente mindestens eine Abstandshalterrippe, eine sogenannte tangentiale Rippe umfassen, die sich hervorstehend ab einer gegenüber der entsprechenden Serpentine ausgerichteten Wand erstreckt und nicht parallel zur axialen Zirkulationsrichtung, die aber so angepaßt ist, daß sie nicht jegliche Zirkulation der sekundären Flüssigkeit nach der axialen Zirkulationsrichtung zwischen der besagten Wand und der Serpentine verhindert.
- An outer housing having an inner wall defining at least one inner chamber having at least one core having a wall defining in the chamber with the inner wall of the housing opposite at least one exchange recess;
- In each replacement recess, at least one tubular hollow spiral serpentine having ends which pass through the housing to be supplied with a primary medium which circulates in this serpentine;
- At least one inlet at one axial end of the replacement well and at least one outlet at another axial end opposite the exchange well so that a circulation of a secondary liquid in an axial circulation direction can be established in the exchange well between that inlet and that outlet Contact and outside every serpentine she gets;
- Spacer elements of each serpentine and the inner wall of the housing and / or the wall of the core opposite, characterized in that the spacer elements comprise at least one spacer rib, a so-called tangential rib which protrudes from a wall facing the corresponding serpentine and not parallel to the axial circulation direction, but adapted so as not to prevent any circulation of the secondary liquid in the axial direction of circulation between said wall and the serpentine.
Im erfindungsgemäßen Wärmetauscher umfassen die Abstandshalterelemente mindestens eine spiralförmige tangentiale Rippe, und diese spiralförmige tangentiale Rippe und diese Serpentine weisen unterschiedliche Einrollrichtungen auf, so daß sie an den im wesentlichen punktuellen Kontaktzonen in Kontakt sind. Die Erfinder haben in der Tat festgestellt, daß mit dieser besonderen Struktur die Wärmeleistung des Tauschers beträchtlich und auf unerwartete Weise verbessert werden konnte. Die Erfinder haben insbesondere eine Verbesserung um 5% bis 10% der Wärmeleistung des Tauschers festgestellt. Die Erfinder können zu diesem Ergebnis keine klare Erklärung geben. Es ist jedoch wahrscheinlich, daß solche tangentiale Rippen – insbesondere spiralförmige – die Auswirkung haben, einerseits die Verweilzeit der sekundären Flüssigkeit in der Austauschvertiefung zu erhöhen, ohne einen Druckverlust zu schaffen, und indem der Kontakt und die Austauschfläche mit der Serpentine begünstigt wird.in the heat exchanger according to the invention the spacer elements comprise at least one helical tangential Rib, and this spiral tangential rib and these serpentine have different Einrollrichtungen so that she are in contact at the substantially point contact zones. The inventors have indeed found that with this particular structure the heat output the exchanger considerably and could be improved in an unexpected way. The inventors have in particular an improvement of 5% to 10% of the thermal output of the exchanger. The inventors can not give this result clear explanation give. However, it is likely that such tangential ribs - especially spiral - the impact have, on the one hand, the residence time of the secondary liquid in the exchange well to increase, without creating a pressure loss, and by the contact and the exchange area favored with the serpentine becomes.
Vorteilhafterweise und erfindungsgemäß weisen die tangentiale spiralförmige Rippe und die Serpentine unterschiedliche Gänge auf, damit sie in den im wesentlichen punktuellen Kontaktzonen in Kontakt stehen.advantageously, and according to the invention the tangential spiral Rib and Serpentine different gears on, so they in the in contact points of contact.
Als Variante kann mindestens eine Rippe in Form eines Abschnitts einer Ringfläche oder eines Abschnitts eines Rings mit nicht kreisförmigem Abschnitt (zum Beispiel polygonal) vorgesehen werden, die sich auf einem Abschnitt von unter 360 Grad um die axiale Richtung erstreckt.When Variant can be at least one rib in the form of a section of a ring surface or a section of a ring with a non-circular section be provided (for example, polygonal), based on a section extending from below 360 degrees about the axial direction.
Bei einem vorteilhaften erfindungsgemäßen Ausführungsmodus ist die Einrollrichtung von mindestens einer tangentialen spiralförmigen Abstandshalterrippe entgegengesetzt zu derjenigen der Serpentine gegenüber. Vorteilhafterweise und erfindungsgemäß ist der Gang mindestens einer tangentialen spiralförmigen Abstandshalterrippe größer als derjenige der Serpentine gegenüber. Vorteilhafterweise und erfindungsgemäß ist der Gang mindestens einer tangentialen spiralförmigen Abstandshalterrippe zwischen dem 1,5- und dem 3-fachen desjenigen der Serpentine gegenüber.In an advantageous embodiment of the invention, the rolling direction is at least one tangential helical distance halter rib opposite to that of the serpentine opposite. Advantageously and according to the invention, the passage is at least one tangential spiral spacer rib greater than that of the serpentine. Advantageously and according to the invention, the passage faces at least one tangential helical spacer rib between 1.5 and 3 times that of the serpentine.
Ferner vorteilhafterweise und erfindungsgemäß umfaßt jeder Kern mindestens eine tangentiale Abstandshalterrippe, eine sogenannte innere Rippe. Diese innere Rippe kommt in Kontakt mit der zu ihrer Symmetrieachse ausgerichteten inneren Oberfläche der Serpentine. Ferner vorteilhafterweise und erfindungsgemäß weist in jeder Austauschvertiefung die innere Wand des Gehäuses mindestens eine tangentiale Abstandshalterrippe auf, eine sogenannte äußere Rippe. Diese äußere Rippe kommt mit der äußeren Oberfläche der Serpentine in Kontakt, die sich gegenüber ihrer Symmetrieachse radial am weitesten außen befindet.Further Advantageously and according to the invention, each core comprises at least one tangential spacer rib, a so-called inner rib. These inner rib comes in contact with the aligned to its axis of symmetry inner surface of the Serpentine. Further advantageously and according to the invention in each exchange recess, the inner wall of the housing at least a tangential spacer rib, a so-called outer rib. This outer rib comes with the outer surface of the Serpentine in contact, which is radial with respect to its axis of symmetry furthest out located.
Insbesondere vorteilhafterweise und erfindungsgemäß weist in mindestens einer Austauschvertiefung der Kern mindestens eine innere tangentiale Abstandshalterrippe auf, und die innere Wand des Gehäuses weist mindestens eine äußere tangentiale Abstandshalterrippe auf. Bevorzugterweise und erfindungsgemäß weist jede Austauschvertiefung mindestens eine innere Rippe und mindestens eine äußere Rippe auf.Especially Advantageously and according to the invention, in at least one Exchange recess the core at least one inner tangential Spacer rib on, and the inner wall of the housing facing at least one outer tangential Spacer rib on. Preferably and according to the invention each exchange recess has at least one inner rib and at least one outer rib on.
Ferner und vorteilhafterweise zeichnet sich der erfindungsgemäße Tauscher dadurch aus, daß die Austauschvertiefung eine innere spiralförmige Rippe und eine äußere spiralförmige Rippe aufweist, und dadurch, daß der Gang der inneren Rippe unterschiedlich vom Gang der äußeren Rippe ist. Vorteilhafterweise und erfindungsgemäß ist der Gang der äußeren Rippe größer als der Gang der inneren Rippe, der selbst größer als der Gang der in der Austauschvertiefung enthaltenen Serpentine(n) ist.Further and advantageously, the exchanger according to the invention is characterized in that the Exchange recess an inner spiral rib and an outer spiral rib and in that the Girth of the inner rib different from the gait of the outer rib is. Advantageously and according to the invention, the course of the outer rib greater than the gait of the inner rib, which itself is greater than the gait of the in the Exchange recess contained serpentine (s) is.
Vorteilhafterweise und erfindungsgemäß haben die äußere Rippe und die innere Rippe die gleiche Einrollrichtung.advantageously, and according to the invention the outer rib and the inner rib the same rolling direction.
Ferner vorteilhafterweise und erfindungsgemäß ist mindestens eine Austauschvertiefung mit mindestens einer Serie mit Keilen versehen, die geeignet sind, zwischen die Windungen der Serpentine zwischengeschoben zu werden, so daß der relative axiale Abstand gehalten wird. Vorteilhafterweise und erfindungsgemäß weist die Austauschvertiefung radial von der inneren Wand des Gehäuses hervorstehende Keile auf.Further Advantageously and according to the invention is at least one exchange recess provided with at least one series of wedges suitable for to be interposed between the coils of the serpentine, so that the relative axial distance is maintained. Advantageously and according to the invention the exchange recess radially protruding from the inner wall of the housing Wedges on.
Ebenfalls vorteilhafterweise und erfindungsgemäß umfaßt das Gehäuse für jede innere Kammer zwei Schalen, die jeweils eine Hälfte eines Zylinders bilden und durch eine axiale Verbindungsebene zusammen montiert sind. Somit ist die Montage der Serpentine und des Kerns in der Kammer vereinfacht und wird durch Einsetzen in einer der Schalen und nachfolgendem Schließen der Kammer durch Überlappung durch die andere Schale und dichte Montage – insbesondere durch Schweißen – der beiden Schalen nach ihrer axialen Verbindungsebene ausgeführt.Also Advantageously and according to the invention, the housing for each inner chamber comprises two shells, one half each form a cylinder and together by an axial connection plane are mounted. Thus, the assembly of the serpentine and the core simplified in the chamber and is inserted in one of the Trays and subsequent closing of the chamber by overlapping through the other shell and tight assembly - especially by welding - the two Trays executed according to their axial connection level.
Außerdem vorteilhafterweise und erfindungsgemäß ist das Gehäuse mit Öffnungen für den Durchgang der Enden der Serpentine versehen, die orthogonal zur Achse der inneren Kammer verlaufen. Der erfindungsgemäße Tauscher weist somit einen verringerten axialen Platzbedarf auf, und seine Montage ist einfach, rasch und zuverlässig. Ferner wird jeglicher Fehler der Anschlußrichtung der Serpentine an die Quelle des primären Mediums vermieden.In addition, advantageously and according to the invention casing with openings for the passage the ends of the serpentine, which are orthogonal to the axis of run inside the chamber. The exchanger according to the invention thus has a reduced axial space requirements, and its installation is simple, quick and easy reliable. Furthermore, any error in the connection direction of the Serpentine the source of the primary Medium avoided.
Bei einem vorteilhaften Ausführungsmodus ist der erfindungsgemäße Tauscher dadurch gekennzeichnet, daß er eine einzige Austauschvertiefung umfaßt, die eine einzige Serpentine umschließt, wobei die Austauschvertiefung eine radiale Breite aufweist, die mindestens deutlich der Summe der radialen Dicke der äußeren und der inneren tangentialen Rippen und des Durchmessers des geraden Abschnitts der die Serpentine bildenden Röhre entspricht.at an advantageous embodiment mode the exchanger according to the invention characterized in that a single exchange recess comprising a single serpentine encloses wherein the exchange recess has a radial width, the at least clearly the sum of the radial thickness of the outer and the inner tangential ribs and the diameter of the straight Section of the serpentine forming tube corresponds.
Vorteilhafterweise und erfindungsgemäß beträgt die radiale Breite einer Austauschvertiefung circa 10 mm bis 15 mm, und der Außendurchmesser des geraden Abschnitts der die Serpentine bildenden Röhre dieser Austauschvertiefung beträgt circa 7 mm bis 13 mm, und die radiale Dicke jeder tangentialen Abstandshalterrippe beträgt zwischen 1 mm und 3 mm.advantageously, and according to the invention is the radial Width of an exchange recess about 10 mm to 15 mm, and the Outside diameter of the straight section of the serpentine forming tube this Exchange recess is about 7 mm to 13 mm, and the radial thickness of each tangential spacer rib is between 1 mm and 3 mm.
Vorteilhafterweise und erfindungsgemäß sind das Gehäuse und jeder Kern aus einem Kunststoffguß gebildet, und jede Serpentine ist aus einem Metall oder einer Metallegierung gebildet.advantageously, and according to the invention casing and each core is formed from a plastic molding, and every serpentine is formed of a metal or a metal alloy.
Die Erfindung betrifft auch einen Wärmetauscher, der in Kombination aller oder eines Teils der vorstehend oder nachfolgend angeführten Merkmale gekennzeichnet ist.The Invention also relates to a heat exchanger, in combination all or part of the above or below cited Characteristics is marked.
Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden sich beim Lesen der nachfolgenden Beschreibung herausstellen, die sich auf die Figuren im Anhang bezieht, die Ausführungsmodi der Erfindung darstellen und als Beispiele ohne Beschränkung gegeben werden, und bei denen:Further Objects, features and advantages of the invention will become apparent upon reading the following description, referring to the figures in Annex refers to the execution modes represent the invention and given as examples without limitation and where:
Die
Die
Die
Die
Die
Die
Die
Die
Die Figuren stellen verschiedene Ausführungsmodi eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers dar, der zum Beispiel als Kondensator in einer Wärmepumpe für das Erhitzen des Wassers eines Schwimmbads dienen kann.The Figures represent various embodiments of a heat exchanger according to the invention for example as a condenser in a heat pump for heating the water a swimming pool can serve.
Dieser
Tauscher umfaßt
ein äußeres Gehäuse
Die
eine
Die
innere Kammer
Somit
wird eine ringförmige
insgesamt symmetrische zylinderförmige
Austauschvertiefung
Die
Schale
Ebenso
ist am anderen axialen Ende
Die
Schalen
Ebenso
sind die Öffnungen
Die
Serpentine
Es
können
auch mehrere koaxiale Serpentinen
Jede
Serpentine
Im
erfindungsgemäßen Tauscher
weist die innere Wand
Bei
den dargestellten Beispielen und vorteilhafterweise und erfindungsgemäß ist die
tangentiale Rippe
Die
Einrollrichtung der äußeren spiralförmigen Rippe
Desgleichen
ist die Wand
Bei
den dargestellten Beispielen und erfindungsgemäß weist somit in der Austauschvertiefung
Bevorzugterweise,
Vorteilhafterweise und erfindungsgemäß unterscheidet sich der Gang
der inneren Rippe
Die
Serpentine
Jede
tangentiale Rippe
Gleichzeitig
ist es vorteilhaft, den axialen relativen Abstand der verschiedenen
Windungen der Serpentine
Somit
wird die Serpentine
Es
muß festgehalten
werden, daß sich
die Keile
Bei
den auf den
Es
wird jedoch darauf hingewiesen, daß die Erfindung ebenso gut
auf einen Tauscher mit mehreren Austauschvertiefungen
Das
Gehäuse
Die
Enden
Vorteilhafterweise
wird auf jede Öffnung
Die
Erfindung ist vorteilhafterweise für die Ausführung eines Kondensators für eine Wärmepumpe
zum Erhitzen des Wassers eines Schwimmbads anwendbar. In diesem
Fall ist eine der Öffnungen
Die Erfindung kann Gegenstand sehr vieler Ausführungsvarianten und weiterer Anwendungen sein als den oben beschriebenen und auf den Figuren dargestellten.The Invention can be the subject of many variants and more Applications than those described above and on the figures shown.
Zum
Beispiel können
die spiralförmigen
Rippen
BEISPIELEXAMPLE
Es werden vergleichende Tests zwischen einem Wärmetauscher, dem sogenannten Zeugentauscher nach dem ersten Ausführungsmodus der Erfindung und einem Wärmetauscher, dem sogenannte Eichtauscher durchgeführt, der dem Zeugentauscher ähnlich ist, außer, was die Einrollrichtung der tangentialen Rippen und die Einrollrichtung der Serpentine angeht, die im Eichtauscher in einer gleichen im Gegensatz zur Erfindung verlaufenden Einrollrichtung ausgerichtet sind.It are comparative tests between a heat exchanger, the so-called Exchanger according to the first embodiment of the invention and a heat exchanger, performed the so-called Eichtauscher, which is similar to the witness exchanger, except, what the rolling direction of the tangential ribs and the rolling direction the Serpentine, which in the Eichtauscher in a same im Contrary to the invention extending rolling direction aligned are.
In jedem der Wärmetauscher des Tests läßt man Wasser bei 24°C mit einem Durchsatz von 5 m3/Stunde in der Austauschvertiefung zirkulieren, wobei man im Gegenstrom zur Zirkulation des Wassers im Wärmetauscher Wasser bei 90°C mit einem Durchsatz von 10 m3/Stunde in der Serpentine zirkulieren läßt. Nach einem Zeitraum von mindestens 15 Minuten zur Herstellung der Temperatur des Zeugentauschers und des Eichtauschers werden mindestens fünf Erhebungen der Temperatur der aus jedem der beiden Wärmetauscher des Tests austretenden sekundären Flüssigkeit in regelmäßigen Zeitabständen über eine Dauer von einer Stunde durchgeführt. Ausgehend von diesen Erhebungen wird ein Durchschnitt der am Ausgang jedes Wärmetauschers erzielten Temperatur berechnet.In each of the heat exchangers of the test, water is circulated at 24 ° C at a flow rate of 5 m 3 / h in the exchange well, countercurrent to the circulation of the water in the heat exchanger at 90 ° C at a flow rate of 10 m 3 / Hour in the serpentine circulate. After a period of at least 15 minutes to produce the temperature of the witness exchanger and the calibrator, at least five elevations of the temperature of the secondary effluent from each of the two heat exchangers of the test are taken at regular intervals over a period of one hour. Based on these surveys, an average of the temperature obtained at the exit of each heat exchanger is calculated.
Man stellt fest, daß die sekundäre Flüssigkeit am Ausgang des Zeugentauschers eine durchschnittliche 1,5°C höhere Temperatur als diejenige der sekundären Flüssigkeit am Ausgang des Eichtauschers aufweist. Dieser Temperaturunterschied entspricht einem Gewinn an Wärmeleistung von 8,7% für den Zeugentauscher gegenüber dem Eichtauscher.you notes that the secondary Liquid on Output of the witness exchanger an average 1.5 ° C higher temperature as that of the secondary liquid has at the exit of the Eichtauschers. This temperature difference corresponds to a gain in heat output of 8.7% for opposite the witness exchanger the Eichtauscher.
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